고무처럼 늘어나며 금속처럼 내구성·전도성 높은 신소재 개발

금속-탄성체 나노상의 VR 응용사례. 채수상 교수 제공

우리 연구진이 고무처럼 늘어나면서 우수한 전도성을 가진 첨단 바이오 신소재 개발에 성공했다.

한국연구재단은 이태일 가천대 교수, 오진영 경희대 교수, 최원진 로렌스리버모어국립연구원 박사, 채수상 한국기술교육대 교수 국제 공동연구팀이 뇌 주름 형상의 금속-탄성체 나노 구조체 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

전자 피부나 촉각센서, 잘 구부러지는 디스플레이를 만들려면 신축성 전극 개발이 필수적이지만, 금속 물질과 고무와 같은 탄성체 간 반발력에 의해 서로 섞이지 않아 재료적 한계가 있다.

연구팀은 '속도론적 방법'이라는 새로운 접근을 통해 고무 탄성체 기판 위에 금속 박막을 증착하는 시스템에서 고무와 금속 각각 물질들의 증착 속도를 조절하는 방식으로 화학 반응을 통제했다.

이를 통해 고무 분자들의 이동속도와 증착되는 금속 원자들의 증착 속도 간 상대적 차이를 조절, 나노니들(머리카락 굵기보다 얇은 미세바늘) 형태의 금속 구조체들이 매우 조밀하게 연결된 금속-탄성체 나노상을 만들었다.

이렇게 고무 탄성체 기판 표면에 형성된 금속-탄성체 나노상은 기판과 계면 사이 큰 기계적 불안정성을 유도해 증착이 끝난 후 수 시간에 걸쳐 마치 뇌 주름과 같은 형태의 표면 주름이 형성되는 것도 관찰했다.

이는 표면적이 높아지는 효과를 얻는 동시에 금속-탄성체 나노상 내부의 특이한 나노구조를 통해 기계적·화학적·열적 측면에서 기존 재료에서 보기 힘든 정도의 높은 내구성을 보였다.

채수상 교수는 “기존 신축성 전극이 가질 수 없었던 매우 뛰어난 내구성을 바탕으로 차세대 웨어러블 의료 및 전자기기나 가상현실(VR)과 같은 응용 분야 전극 소재로 널리 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈에 지난 9일 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com